en termes quotidiens, la température est une mesure de la « chaleur » ou de la « froideur » d’une substance. Plus techniquement, la température indique la direction dans laquelle l’énergie circule (sous forme de chaleur) lorsque deux objets sont en contact thermique: l’énergie circule sous forme de chaleur d’une région à haute température vers une région à basse température. En d’autres termes, la température est simplement un indicateur de la direction attendue du flux d’énergie sous forme de chaleur.,
la Température n’est pas la chaleur. La chaleur est l’énergie en transition; la température est le signe de la direction attendue de cette transition. Une grande quantité d’énergie peut circuler sous forme de chaleur d’une région à une autre, même si la différence de température entre les régions est infime.
la Température n’est pas de l’énergie. Un très gros bloc de métal froid aura une température basse mais peut contenir une très grande quantité d’énergie. Un petit bloc du même matériau ayant la même température contiendra moins d’énergie., Cette distinction est exprimée en disant que la température est une propriété intensive, une propriété indépendante de la taille de l’échantillon; tandis que le contenu énergétique est une propriété extensive, une propriété qui dépend de la taille de l’échantillon. Ainsi, un échantillon prélevé à partir d’un réservoir d’eau chaude aura la même température quelle que soit la taille de l’échantillon, mais la teneur en énergie (plus formellement, l’énergie interne) d’un échantillon de grande taille est plus grande que celle d’un petit échantillon.,
Au niveau moléculaire, la température du système indique la répartition des « populations » de niveaux d’énergie dans le système: plus la température est élevée, plus la proportion de molécules dans un état de haute énergie. Si le nombre de molécules dans deux états d’énergie, séparés par une différence D’Énergie Δ E, est N supérieur et N inférieur, alors la température est
T = (Δ E / k ) ln( N inférieur / n Supérieur ) (1)
où k est la constante de Boltzmann, une constante fondamentale de la nature., Nous voyons que plus le rapport N inférieur / N supérieur pour une différence d’énergie, plus la température est élevée. Cette interprétation moléculaire a une signification particulière dans les cas où la seule contribution à l’énergie globale est l’énergie cinétique, ce qui est le cas dans un gaz parfait (idéal). Dans ce cas, une température élevée correspond à une vitesse moyenne plus élevée des molécules et à une plage de vitesses plus large dans l’échantillon., La moyenne de la vitesse c de molécules de masse m à une température T est
c = (8 kT / π m ) ½ (2)
et donc la vitesse moyenne augmente avec la racine carrée de la température.
la Température est mesurée avec un thermomètre, un dispositif dans lequel une propriété physique de certains composants de l’appareil change lorsque l’appareil est mis en contact thermique avec un échantillon. Cette propriété peut être le volume d’un liquide (comme dans un thermomètre à mercure dans le verre) ou une propriété électrique telle que la résistance., Des sondes électroniques basées sur les changements de résistance dans un matériau semi-conducteur sont également utilisées pour mesurer la température.
Trois échelles de température sont encore couramment rencontrés. L’échelle Fahrenheit est utilisée aux États-Unis à des fins domestiques. Sur ce
échelle, le point de congélation de l’eau est 32 ° F et son point D’ébullition est 212°F., Cette échelle a été abandonnée par pratiquement tous les autres pays au profit de L’échelle Celsius, qui est utilisée pour tous les travaux scientifiques. Sur l’échelle Celsius, le point de congélation de L’eau correspond à 0°C et le point d’ébullition à 100°C. Une échelle plus fondamentale est L’échelle Kelvin, qui fixe 0 au zéro absolu de la température (correspondant à -273,15°C), et adopte une échelle dans laquelle le point triple de L’eau (la température à laquelle la glace, l’eau et la vapeur D’eau coexistent à l’équilibre ) est exactement 273,16 K., Cette échelle garantit que la grandeur du kelvin (comme on appelle l’unité pour L’échelle de Kelvin) est la même que celle du degré Celsius.
l’échelle de Kelvin est utilisée pour exprimer la température thermodynamique, notée T, avec T = 0 comme température la plus basse possible (lorsque tout mouvement a cessé). Les températures sur les échelles Celsius et Fahrenheit sont notées θ (thêta). Deux d’importantes conversions sont:
θ /C ° = 5 / 9 ( θ / ° F -32) (3)
T / K = θ / ° C + 273.,15 (4)
en chimie, il est souvent nécessaire de maintenir un système à une température constante, sinon les observations et les mesures fourniraient une lecture qui était une moyenne d’une propriété dépendante de la température, telle que la vitesse de réaction. Une façon d’obtenir une température constante consiste à immerger le système dans un bain-marie contenant un grand volume d’eau, dont la température est contrôlée par un appareil de chauffage et un thermostat. Un thermostat est un dispositif permettant d’allumer et d’éteindre un courant selon que la température du système est supérieure ou inférieure à une valeur sélectionnée., Il intègre une sonde de température (un thermomètre à sortie électrique) et des dispositifs électroniques pour interpréter la température et effectuer la commutation. Le même principe est la base du thermostat utilisé dans les maisons.
Les effets chimiques d’une température plus élevée incluent des changements dans la vitesse de réaction et la position de l’équilibre chimique. Presque toutes les réactions se déroulent plus rapidement à des températures plus élevées car les molécules (en phase gazeuse ) entrent en collision plus vigoureusement à des températures plus élevées., Une conséquence thermodynamique du changement de température est que la constante d’équilibre d’une réaction exothermique diminue à mesure que la température augmente, de sorte que les réactifs sont plus favorisés à basse température qu’à haute. Cette dépendance est parfois appelée principe de Le Chatelier, mais il vaut mieux la considérer comme une conséquence de la thermodynamique et en particulier de la deuxième loi de la thermodynamique.
bien que T = 0 soit la température la plus basse possible, il est possible d’obtenir des températures négatives. Cette remarque apparemment paradoxale est résolue comme suit., Lorsqu’un système n’a que deux niveaux d’Énergie, Toutes les températures finies correspondent à une distribution de populations dans laquelle plus de molécules occupent l’état inférieur que le Supérieur. Cependant, il est possible par des moyens artificiels d’inverser les populations, de sorte qu’il y aurait brièvement plus de molécules à l’état supérieur que le inférieur. Il résulte de l’équation 1 Que T est alors négatif.,
la justification thermodynamique de l’introduction de la température dans la science est la loi du zéro, qui stipule que si le système A est en équilibre thermique avec le système B et que le système B est en équilibre thermique avec le système C, alors A et C seraient également en équilibre thermique l’un avec l’autre, s’ils La troisième loi de la thermodynamique est également pertinente ici: elle stipule que le zéro absolu (T = 0) n’est pas atteignable en un nombre fini d’étapes.